3480

Физика среды и ограждающих конструкций, Строительная теплофизика

Контрольная

Физика

Физика среды и ограждающих конструкций. Среда и ее воздействие на объекты строительства. Воздушная среда и ее параметры. Водная среда и ее параметры. Климатические факторы. Влияние среды на долговечность строительных конструкций...

Русский

2015-01-16

206 KB

103 чел.

Физика среды и ограждающих конструкций

1. Среда и ее воздействие на объекты строительства

1.1. Воздушная среда и ее параметры.

1.2. Водная среда и ее параметры.

1.3. Климатические факторы.

1.4. Влияние среды на долговечность строительных конструкций.

2. Строительная теплофизика

2.1. Здание как единая энергетическая система.

2.2. Основы теплопередачи.

2.3. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.

2.4. Теплопередача в нестационарных условиях и теплоустойчивость ограждающих конструкций.

3. Влажностный режим ограждающих конструкций

3.1. Вода и ее свойства.

3.2. Передвижение влаги и воздуха в строительных конструкциях.

3.3. Регулирование влажностного режима ограждающих конструкций.

4. Строительная акустика

4.1. Основные понятия.

4.2. Звукоизоляция ограждающих конструкций.

4.3. Архитектурно-планировочные методы борьбы с шумом.

4.4. Акустика помещений.

5. Освещение помещений

5.1. Естественное освещение.

5.2. Совмещенное освещение помещений.

5.3. Инсоляция и солнцезащита.  


ВВЕДЕНИЕ

Комфорт  помещений  определяется  самочувствием  человека.  Факторы, влияющие на комфорт помещения:

  •  тепловой режим;
  •  влажностный режим;
  •  воздушный режим (чистота воздуха и воздухопроницаемость конструкций);
  •  шумовой режим;
  •  световой режим;
  •  инсоляция.

Это наиболее общие факторы, определяющие комфорт во всех зданиях. В зрелищных зданиях к ним добавляются акустика помещений, обеспечивающая красоту звучания и разборчивость речи, а также видимость и зрительное восприятие. Во всех типах зданий к перечисленным факторам можно добавить факторы психофизического комфорта, такие как связь с внешней средой или защищенность от внешних влияний, пожарная безопасность, безопасная эвакуация людей из зданий и комфортное движение людских потоков.

Кроме этих факторов существует ряд недостаточно изученных факторов, действующих в течение длительного времени, таких как геопатогенные зоны Земли, действие сверхмалых доз радиоактивного излучения строительных материалов, электромагнитное излучение бытовых приборов, влияния радона и др. Некоторые из них, такие как влияние радона, уже внесены в Нормы. Другие еще нуждаются в дополнительных исследованиях, но принимать их во внимание необходимо.

Такие разделы курса «Физика среды и ограждающих конструкций», как «Свет и цвет в архитектуре», «Искусственное освещение интерьеров зданий и городов», относятся к специальным вопросам архитектурного проектирования и рассматриваются отдельно, в рамках специального курса для инженеров-архитекторов.

КЛИМАТ И АРХИТЕКТУРА

1. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ

1.1. Климат

Климатология (от климат и логия) — наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере.

Содержанием климатологии является фактический материал о типах климата на земном шаре, полученный из статистической обработки многолетних метеорологических наблюдений. Учение о происхождении климата, его обусловленности опирается, прежде всего,  на представления о тепловом и водном балансе земной поверхности, процессах общей циркуляции атмосферы и водной среды. Большое практическое значение климатологии явилось причиной возникновения ряда прикладных климатологических дисциплин, пограничных с др. науками. Сюда в частности относится строительная климатология — учение о влиянии климата на характер строительных конструкций. От климата зависят нагрузки на сооружения (ветровая, снеговая, давление льда), долговечность конструкций (обусловленная, главным образом, разрушающим воздействием капиллярной воды при замерзании, сменой температур и солнечным облучением).

Начальные представления о климате и его закономерностях сложились ещё в Древней Греции, где климат считали зависимым  от угла наклона солнечных лучей к поверхности Земли (рис. 1.1), поэтому в переводе с древнегреческого климат означает наклон.

Рис. 1.1. Схема падения солнечных лучей на поверхность Земли:

Z0угол отклонения от зенита, град.; Н0 - угловая высота Солнца, град

Предполагалось, что чем меньше угол Zo, тем выше температура поверхности Земли. Поэтому климат делился по широте земли на холодный, умеренный и жаркий.

Однако при одной и той же широте характер климата может значительно различаться. Примерами могут служить: Лондон, Оренбург , Новосибирск и лругие (табл. 1),

Таблица 1

Различие климатических условий городов, расположенных на одной широте

Город

Лондон

Оренбург

Новосибирск

Северная широта

51° 30′ 26″

51° 46′ 00″

55° 02′  00″

Среднегодовая температура, °С

10,9

5,3

1,8

Среднемесячная температура июля, °С

23,0

29,0

25,0

Среднемесячная температура января, °С

2,0

-15,5

-19,6

Максимальная температура, °С

37,9

41,6

37,0

Минимальная температура, °С

-9,6

-43,2

-51,1

Климат в Лондоне  отличается мягкостью и умеренностью в течение всего года. Летом здесь тепло, но редко бывает жарко. Зимой прохладно, но не морозно. Городской массив создает собственный микроклимат. Мягкость климатических условий связана с наличием тёплого Северо-Атлантического течения, омывающего западное побережье Европы. Ветры, дующие с Атлантического океана, летом приносят прохладу, а зимой — тепло.

Новосибирск находится в континентальной климатической зоне; среднегодовая температура воздуха +1,8 °C. Для города характерны большие колебания среднемесячных (38 °C) и абсолютных (88 °C) температур воздуха.

В 17 и 18 вв. появляются первые описания климатов на базе инструментальных метеорологических наблюдений. Э. Галлей1 в Великобритании и М. В. Ломоносов в России высказывают первые соображения о влиянии атмосферной циркуляции на климат. В начале 19 века немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт2 положил начало систематическому описанию и объяснению климатов Земли и построил первые климатические карты. Во 2-й половине 19 в. климатологические исследования стали планомерными и с особым успехом развивались в России, где были сосредоточены в открытой в 1849 Главной физической обсерватории под руководством Г. И. Вильда. В это же время А. И. Воейков выполнил ряд исследований, в которых стремился обосновать как географические закономерности, так и геофизическую природу климата. Среди учёных, последователей Воейкова — А. А. Каминский (исследования по ветровому режиму и влагообороту), Л. С. Берг  (работы в области палеоклиматологии и биоклиматологии, а также по классификации климатов Земли, основанной на выделении климатических зон), В. Ю. Визе и др. Ряд важных климатологических закономерностей был установлен и за рубежом. Климатолог В. Кеппен разработал в 1900—20 широко распространённую до сих пор классификацию климатов земного шара, основанную на выделении климатических зон по соотношению годичных режимов приземной температуры воздуха и осадков, а также заложил основы исследований связи климата с солнечной активностью. Австрийских климатолог Ю. Ханн в конце 19 в. составил трёхтомную монографию "Руководство по климатологии" (т. 1 опубликован в 1883) и провёл большое количество региональных исследований.

Приток солнечной радиации является одним из важнейших факторов, определяющих климат на поверхности Земли. Однако тепло на поверхность может поступать не только от Солнца, но и переноситься из различных районов Земли путем циркуляции воздуха. В холодное время года воздушными течениями тепло переносится с поверхности морей и океанов, так как вода медленно нагревается, но и сохраняет тепло дольше, чем суша. По этой причине осень на побережье теплее, чем на материке, а весна - холоднее.

На климат влияют:

1) теплые и холодные течения в морях и океанах (например, Гольфстрим смягчает климат Европы и даже Западной Сибири);

2) процессы испарения и конденсации влаги (облака, снижение интенсивности солнечной радиации, охлаждение воздуха при испарении);

3) горы и крупный рельеф местности (создают особый горный климата, который зависит от:

- высоты над уровнем моря,

- ориентации склонов по сторонам света и по отношению к потокам воздуха, несущим  влагу. Многие горные хребты являются климатическими границами. Например, Кавказский хребет преграждает зимой путь холодным ветрам с севера и востока и препятствует оттоку теплого воздуха, нагретого морем;

- наличия ледников);

4) озера, реки, моря (из-за высокой тепловой инерции); в
Арктике и Антарктике, несмотря на большое количество приходящего от
Солнца тепла, температура редко бывает положительна, так как большая
часть солнечной радиации или отражается, или затрачивается на таяние
льда и снега.

1.2. Методы строительной климатологии

1. Метеорологические наблюдения.

1.1. Метеорологические станции осуществляют регулярные записи температуры, влажности, скорости и направления ветра, количества осадков.

1.2. Актинометрические станции кроме перечисленных наблюдений проводят запись суммарной и рассеянной солнечной радиации, ведут статистику облачности.

1.3. Геофизические станции проводят сейсмологические и метеорологические наблюдения.

1.4. Станции наблюдения за световым климатом ведут статистику уровней освещенности горизонтальной поверхности под открытым небом.

2. Расчетные методы, учитывающие локальные наблюдения и распространяющие их на требуемые территории. Например, светоклиматические наблюдения (записи освещенности, солнечной радиации, облачности). Были определены световые эквиваленты солнечной радиации и сделаны расчеты статистического хода освещенности для определенных пунктов.

3. Статистические методы, позволяющие определять закономерности по имеющимся данным.

1.3. Климатические факторы, влияющие на проектирование и строительство зданий

  1.  Температура наружного воздуха.
  2.  Влажность наружного воздуха.
  3.  Ветер, его направление и скорость.
  4.  Солнечная радиация на различно ориентированных поверхностях для различных широт.
  5.  Дневной и годовой ход естественной освещенности (диффузной и суммарной), яркость ясного неба и статистическая яркость неба.
  6.  Облачность, вероятность пасмурного, полуясного и ясного неба.
  7.  Статистика дождевых и снеговых осадков, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса.
  8.  Глубина промерзания грунтов.

1.4. Климат России и его влияние на архитектуру зданий

Для основных городов России среднестатистические значения температуры, влажности воздуха направления и скорости ветра представлены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Условно в зависимости от средней температуры в течение дня погоду подразделяют на:

- очень холодную  (t < -12 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- холодную  (t < 8 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- прохладную (t=8...15 °С);

- теплую (t=16...28 °С);

- жаркую (t>28 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха);

- очень жаркую (t>32 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха).

Продолжительность характерных видов погоды в течение года определяет основные черты климата местности.

Так, например, в городе Сочи в течение четырех месяцев в году (с июня по сентябрь) стоит жаркая погода и необходимо ограничение перегрева помещений с помощью солнцезащитных устройств и искусственного охлаждения воздуха. В остальные месяцы – погода теплая и практически не требуется постоянного отопления, а только в случаях непредвиденного понижения температуры воздуха.

Тип здания должен устанавливаться с учетом защиты помещений от перегрева в жаркий период года. Целесообразны открытые помещения, озеленение и обводнение вокруг зданий. Необходимы солнцезащита и искусственное охлаждение. Ориентация продольных фасадов должна быть широтной (С-Ю) с расположением в северной части обслуживающих и коммуникационных помещений, лестниц, кухонь и т.п., а в южной части - большей части жилых комнат.

Климат в г. Якутске резко континентальный. В течение 7 месяцев в году требуется отопление, причем в течение трех месяцев погода очень холодная, неблагоприятно воздействующая на человека. В течение трех месяцев в году погода очень жаркая, требующая ограничения перегрева и искусственного охлаждения. Все это необходимо учитывать при проектировании, применять двойные тамбуры, закрытые переходы между домами и другие специальные мероприятия.

Схематическая карта климатического районирования для строительства приведена. Согласно этой карте, территория России разделена на IV пояса с подрайонами. По этой карте и таблицам в СНиП «Строительная климатология» выявляются сезоны года, определяющие тип зданий в данной местности.

1 Э́дмунд (Э́дмонд) Галле́й (1656-1742) — английский астроном, геофизик, математик, метеоролог, физик и демограф. 

2 Фридрих Вильгельм Генрих Алекса́ндр Фрайгерр фон Гу́мбольдт (1769-1859) – немецкий ученый, физик, метеоролог, географ, ботаник, зоолог и путешественник, младший брат учёного Вильгельма фон Гумбольдта. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31433. Дослiдження послiдовного резонансного LCR контуру з нелiнiйною iндуктивнiстю – феррорезонансного стабiлiзатора 72 KB
  Вимiряти напруги на iндуктивностi UL точки 12 конденсаторi UC точки 24 опорi UR точки 69 i на окремих дiлянках кола ULС точки 14 UСR точки 29 для рiзних значеннь напруги E джерела точки 19. Провести вимiри при змiнi E джерела точки 19 вiд мiнiмального до максимального значення E. Звернути увагу на стрибки напруги UL точки 12 i рiзну залежнiсть для прямого i зворотнього напрямку змiни E.
31434. Дослiдження коллекторного двигуна постiйного струму з постiйним магнiтом в якостi статора 103.5 KB
  Мета: Визначити спiввiдношення електричних та механiчних характеристик двигуна. Дослiдити вплив активного опору обмоток ротору на механiчнi залежностi двигуна. На малюнку наведено схему стенду для дослiдження двигуна.
31435. Схоластический период в философии средневековья. Фома Аквинский - основатель томизма 29 KB
  Почти все известные мыслители того времени были либо проповедниками либо преподавателями богословских школ. Он стремится упорядочить множество в единстве; вывести бытие бога из бытия вещей. Форма всех форм – пус бог Субстанция – абсолютная актуальность не допускающая какойлибо потенциальности это необходимость сущность блага. бог как источник всякого оформления Заявив что философия должна быть служанкой богословия он попытался поставить на службу религии и вере разум.
31436. Теория двойственной истины, ее автор и сторонники. Номиналисты и реалисты в средневековой философии. Роль их спора в развитии философского знания 32.5 KB
  Поскольку Бог по сравнению с природой рассматривался как сверхбытие или высшая реальность то основное внимание должно было сосредотачиваться прежде всего на Его познании. Это значит что абсурдно утверждать реальность человечности а не конкретных людей реальность сладкого а не конкретных предметов конфет сахара шоколада и т. В самом познании они выделили различные уровни эмпирический и теоретический пытались исследовать их специфику; впервые стали рассматривать познание как процесс а не как онтологическую реальность.1 1...
31437. Общая характеристика философии эпохи Возрождения (основные направления философской мысли, представители) 43.5 KB
  Время о котором идет речь философы Возрождения называли Новым связывая его с выработкой принципиально иных подходов к развитию искусства и науки. Эпоха Возрождения это эпоха зарождения капиталистических отношений создания национальных государств и абсолютных монархий Западной Европы эпоха глубоких социальных конфликтов. Специфика философской культуры Возрождения Философская мысль эпохи Возрождения охватывает три столетия: от раннего гуманизма XIV в.
31438. Основные черты западноевропейской философии XVII века. Философия Ф. Бэкона, Т. Гоббса, Д. Локка. Философия Р. Декарта 50 KB
  В философии на первый план выдвигаются проблемы теории познания гносеологии в частности: что значит знать что пролагает дорогу к истине ощущения или разум интуиция или логика аналитическим или синтетическим должно быть познание и т. Одна группа работ посвящена проблемам развития науки и анализа научного познания. Основной задачей философии Бэкон считал конструирование нового метода познания а целью науки принесение пользы человечеству. Фундаментом всякого познания по оценке Бэкона является опыт который должен быть...
31439. Основные черты западноевропейской философии XVIII века. Философские взгляды просветителя Ж.-Ж. Руссо. Утопический социализм Сен-Симона и Оуэна. Философия французского материализма XVIII века (Дидро, Гельвеции, Гольбах) 39 KB
  Руссо. Второй этап с середины 40х годов до конца 80х годов до Французской революции: Руссо Кондильяк и четыре великих французских материалиста Ламетри Дидро Гельвеций и Гольбах. К материалистам относятся вышеупомянутые четыре французских материалиста деистическую религию исповедовал Вольтер; новую разновидность подхода к христианству религию чувства развивал Руссо. Большинство просветителей склонялись к идеям реформизма меньшинство например Мелье Руссо были революционерами.
31440. Немецкая классическая философия: Кант, Фейербах 31 KB
  Для Канта этот вопрос сводится к вопросу о возможности чистой математики и чистого естествознания см. Кант Родоначальником немецкой классической философии стал Иммануил Кант 17241804 В философии Канта выделяется два периода:1 докритический и 2 критический. На первом этапе Кант выступает материалистом.
31441. Немецкая классическая философия: Гегель 24 KB
  Самораскрытие Абсолютного Духа в пространстве это природа; самораскрытие во времени история. Историю движут противоречия между национальными духами которые суть мысли и проекции Абсолютного Духа. Когда у Абсолютного Духа исчезнут сомнения он придёт к Абсолютной Идее Себя а история закончится и настанет Царство Свободы. Войны между народами выражают напряжённое столкновение мыслей Абсолютного Духа.